Le mélange des batteries avec les mélangeurs planétaires NETZSCH réduit le temps de mélange de plusieurs heures à quelques minutes

Le processus de mélange est la première étape de la production de batteries au lithium-ion. Il est crucial pour la qualité de la batterie et a un impact significatif sur les performances de la cellule.

Le processus de mélange est la première étape de la production de batteries au lithium-ion. Il est crucial pour la qualité de la batterie et a un impact significatif sur les performances de la cellule. Lors du processus de mélange, la matière active, le liant et les additifs conducteurs sont mélangés à un agent de dispersion, comme l'eau ou un solvant, pour former la suspension de batterie.

Les outils de mélange doivent distribuer les particules de manière homogène dans tout le volume. Ces outils de mélange doivent également répondre à d'autres exigences importantes : briser les agglomérats potentiels, mouiller et enrober les particules, et éviter l'accumulation locale de matériaux à un niveau microscopique.

Actuellement, de nombreux mélangeurs planétaires conventionnels sont utilisés pour mélanger les boues de batteries pour les cathodes et les anodes. Ils utilisent des géométries similaires et il n'y a pratiquement aucune différence significative dans la conception de ces machines.

Mais l'utilisation de ces mélangeurs est-elle la méthode la meilleure et la plus efficace pour mélanger les masses de batteries ?

Dans une usine de mélange de batteries, le mélange est divisé entre la ligne de cathode et la ligne d'anode. Le mélange le plus critique est celui de l'anode en raison de la viscosité plus élevée et des dommages potentiels à la structure du liant. Les durées de mélange actuelles sont comprises entre 4 et 6 heures. Au cours d'une étape de validation, un client potentiel a fait part de son expérience avec un fournisseur asiatique de mélangeurs, dont la durée totale de mélange était de 270 minutes (4,5 heures).

Lors des tests effectués dans le laboratoire NETZSCH, le temps de mélange a été réduit d'un facteur 2. Les mélangeurs planétaires NETZSCH (PMH) ont mélangé la boue en 120 minutes et ont fourni une performance de qualité encore meilleure. Pourquoi les mélangeurs planétaires NETZSCH sont-ils si performants et comment fonctionne un mélangeur planétaire ?

Principe de fonctionnement

Le PMH (Mélangeur Planétaire Haute Vitesse) NETZSCH fonctionne avec un mécanisme d'engrenage planétaire. Les outils de mélange auto-rotatifs, Low-Speed en tant que poutre axiale et High Speed en tant qu'outil papillon, effectuent un mouvement rotatif dans une cuve stationnaire et traversent l'ensemble du produit à mélanger.

L'augmentation du diamètre des outils de mélange augmente considérablement la puissance absorbée, ce qui permet un mélange plus rapide, plus efficace et de meilleure qualité. Les outils PMH de NETZSCH ont un diamètre beaucoup plus important que les mélangeurs planétaires conventionnels.

Ce n'est pas seulement le diamètre mais aussi la conception qui est cruciale. Les mélangeurs planétaires conventionnels peuvent endommager le liant en raison des forces de cisaillement élevées du disque de dispersion. Les outils de mélange NETZSCH sont spécialement conçus pour réduire la force de cisaillement et générer un pétrissage plus doux et de meilleure qualité. Cela permet à l'outil de mélange de fonctionner à des vitesses plus élevées sans endommager la structure cruciale du liant de la boue de la batterie.

Un exemple pratique de techniques de traitement avancées peut être observé dans la préparation de la boue d'anode à base d'eau. Cette boue contient de la carboxyméthylcellulose (CMC), caractérisée par ses longues chaînes de polymères et sa masse moléculaire élevée. Les mélangeurs planétaires conventionnels, équipés de disques de dispersion à cisaillement élevé, induisent souvent un stress mécanique qui fragmente les chaînes de CMC. Cette fragmentation entraîne des changements de viscosité indésirables, tels que l'épaississement par cisaillement, ce qui rend la suspension impropre aux processus de revêtement ultérieurs.

En revanche, les outils de mélange NETZSCH fournissent une action de pétrissage plus douce et plus efficace. Cette approche empêche la dégradation des chaînes de CMC, assurant une viscosité constante et facilitant un mélange uniforme résultant en un enrobage uniforme de la matière active. Par conséquent, cette méthode améliore la densité énergétique de l'électrode, contribuant ainsi au développement de batteries de haute performance. Ces batteries présentent une autonomie accrue et des capacités de charge plus rapides, ce qui souligne l'importance d'une préparation optimisée des boues pour faire progresser la technologie des batteries.

Globalement, l'augmentation de la puissance absorbée se traduit par des temps de mélange nettement plus courts, de l'ordre de 120 minutes pour les boues anodiques. Pour le mélange des cathodes, qui nécessite généralement 480 minutes (8 heures), le mélange NETZSCH réduit le temps à 180 minutes (3 heures).

Comment mesurer la qualité ?

Outre des temps de mélange plus courts, la qualité est également améliorée. Mais comment mesurer la qualité d'un mélange de boues ? L'étape importante qui suit la fabrication de la suspension est l'enrobage. Pour le processus d'enduction, la fluidité des boues est cruciale pour obtenir un film homogène et transformable sur la feuille du collecteur de courant. Ceci peut être déterminé par la viscosité.

L'unité commerciale NETZSCH Analyzing & Testing mesure le comportement de l'écoulement avec le rhéomètre rotatif Kinexus. La dépendance de la viscosité à différents taux de cisaillement est importante et fournit des informations significatives sur la qualité. L'un des facteurs clés est la stabilité de la boue produite. Pendant la production, des temps d'attente peuvent survenir et l'alimentation directe de la coucheuse n'est pas toujours garantie. Il est important d'avoir une suspension qui ne sédimente pas rapidement et qui a un temps de stockage plus long, ce qui se traduit par une viscosité plus élevée à des taux de cisaillement plus faibles. Cela est dû à un meilleur mouillage et à une meilleure dispersion des particules, résultant d'un apport d'énergie plus élevé en raison de la conception unique. En outre, le processus d'enduction s'améliore, donne des bords plus nets et évite le maculage.

Un autre facteur important est la facilité de traitement et le débit. La suspension est transférée par une filière à fentes vers la feuille collectrice. Pour éviter les blocages, il est important d'obtenir un effet d'amincissement par cisaillement. La filière à fentes génère des taux de cisaillement élevés et une forte pente de viscosité est nécessaire pour un processus d'enduction rapide. Il est important d'avoir une pente élevée de la courbe de viscosité, ce qui se traduit par une viscosité plus faible à des taux de cisaillement plus élevés.

Résumé

En conclusion, les mélangeurs planétaires NETZSCH améliorent de façon significative l'efficacité et la qualité du mélange des boues de batteries lithium-ion grâce à un design innovant et une puissance absorbée optimisée. Cependant, le PMH n'est pas limité à une seule technologie. Sa conception spéciale et sa grande flexibilité dans le changement des outils de mélange permettent au mélangeur planétaire d'être utilisé pour diverses autres applications dans l'industrie des batteries, garantissant ainsi la sécurité du processus. Un seul mélangeur ou une seule installation peut couvrir plusieurs applications, notamment

- Mélange de piles à l'état solide à haute viscosité

- Production de matériaux d'isolation thermique pour les modules de batteries

- Mélange rapide d'électrodes de batteries sèches sans solvant, avec changement flexible des géométries

- batteries sodium-ion